研究生答疑2014第四章第一頁，共64頁。本章節(jié)考試大綱A)從動件運(yùn)動規(guī)律的選擇和凸輪輪廓的設(shè)計原理；B)尖頂、滾子直動從動件盤形凸輪設(shè)計；

C)尖頂、滾子擺動從動件盤形凸輪設(shè)計；

D)平底直動從動件盤形凸輪設(shè)計；

E)盤形凸輪基本尺寸的確定。

本章重點(diǎn)要求掌握的內(nèi)容基本知識與概念及計算分析

第二頁，共64頁。一、基本知識與概念1、凸輪基圓2、偏距3、偏距圓4、從動件行程5、從動件推程6、從動件回程7、從動件遠(yuǎn)(近)休程8、剛性沖擊9、柔性沖擊10、無沖擊第三頁，共64頁。一、基本知識與概念

11、凸輪輪廓設(shè)計的基本原理12、凸輪的理論輪廓13、凸輪的工作輪廓（實(shí)際輪廓）14、凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角

及其許用值15、直動從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)16、擺動從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)17、平底直動從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)18、凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角與基圓半徑的關(guān)系19、偏置凸輪機(jī)構(gòu)的偏置方向的確定第四頁，共64頁。二、凸輪機(jī)構(gòu)的分類凸輪機(jī)構(gòu)分類1、按兩活動構(gòu)件之間相對運(yùn)動特性分類2、按從動件運(yùn)動副元素形狀分類3、按凸輪高副的鎖合方式分類平面凸輪機(jī)構(gòu)空間凸輪機(jī)構(gòu)盤形凸輪移動凸輪

尖頂從動件滾子從動件平底從動件力鎖合形鎖合直動從動件擺動從動件平面復(fù)雜運(yùn)動第五頁，共64頁。1、按兩活動構(gòu)件之間的相對運(yùn)動特性分類（1）平面凸輪機(jī)構(gòu)

1）盤形凸輪第六頁，共64頁。

2）移動凸輪圖4-3第七頁，共64頁。

（2）空間凸輪機(jī)構(gòu)空間凸輪機(jī)構(gòu)圖4-5第八頁，共64頁。2、按從動件運(yùn)動副元素形狀分類（1）直動尖頂從動件對心直動尖頂從動件偏心直動尖頂從動件第九頁，共64頁。對心直動滾子從動件對心直動平底從動件（2）直動滾子從動件（3）直動平底從動件第十頁，共64頁。

根據(jù)運(yùn)動形式的不同，以上三種從動件還可分為直動從動件，擺動從動件，平面復(fù)雜運(yùn)動從動件。擺動滾子從動件擺動尖頂從動件第十一頁，共64頁。擺動平底從動件平面復(fù)雜運(yùn)動從動件第十二頁，共64頁。3、按凸輪高副的鎖合方式分類圖4-6，圖4-7，圖4-8形鎖合

圖4-1力鎖合第十三頁，共64頁。凸輪機(jī)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)：

只要設(shè)計出適當(dāng)?shù)耐馆嗇喞?，即可使從動件?shí)現(xiàn)預(yù)期的運(yùn)動規(guī)律；結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、工作可靠。

凸輪為高副接觸（點(diǎn)或線），壓強(qiáng)較大，容易磨損，凸輪輪廓加工比較困難，費(fèi)用較高。優(yōu)點(diǎn)：缺點(diǎn)：第十四頁，共64頁。三、從動件運(yùn)動規(guī)律的選擇

在選擇從動件的運(yùn)動規(guī)律時，除要考慮剛性沖擊與柔性沖擊外，還應(yīng)該考慮各種運(yùn)動規(guī)律的速度幅值、加速度幅值及其影響加以分析和比較。第十五頁，共64頁。因此：對于重載凸輪機(jī)構(gòu)，應(yīng)選擇較小的運(yùn)動規(guī)律；對于高速凸輪機(jī)構(gòu)，宜選擇值較小的運(yùn)動規(guī)律。表4-2若干種從動件運(yùn)動規(guī)律特性比較第十六頁，共64頁。1、直動從動件盤形凸輪（1）尖頂直動從動件盤形凸輪

已知：從動件運(yùn)動規(guī)律，尖頂從動件導(dǎo)路相對于凸輪軸心O的偏距e，凸輪基圓半徑及凸輪沿順時針轉(zhuǎn)動；要求：設(shè)計凸輪輪廓。第十七頁，共64頁。第十八頁，共64頁。（2）滾子直動從動件盤形凸輪

1）理論輪廓方程

2）工作輪廓方程

滾子中心的運(yùn)動規(guī)律即為尖頂?shù)倪\(yùn)動規(guī)律。故按尖頂從動件求得的凸輪廓線，稱為該滾子從動件凸輪的理論廓線。第十九頁，共64頁。刀具中心軌跡理論廓線實(shí)際廓線刀具中心軌跡理論廓線實(shí)際廓線圖4-12a)b)第二十頁，共64頁。2、擺動從動件盤形凸輪

已知：擺動從動件運(yùn)動規(guī)律，從動件長度l，中心距a，凸輪基圓半徑r0及凸輪沿順時針轉(zhuǎn)動；要求：設(shè)計凸輪輪廓。擺動從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)可分為兩種：

順擺式，逆擺式。第二十一頁，共64頁。第二十二頁，共64頁。三、平底直動從動件盤形凸輪實(shí)際上是“反轉(zhuǎn)”過程中從動件平底一系列位置的包絡(luò)線。

已知：從動件運(yùn)動規(guī)律，從動件平底導(dǎo)路相對于凸輪軸心O的偏距為e，從動件平底與導(dǎo)路的夾角

，凸輪基圓半徑及凸輪沿順時針轉(zhuǎn)動。要求：設(shè)計凸輪輪廓。第二十三頁，共64頁。第二十四頁，共64頁?！?-4盤形凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定

壓力角

是從動件與凸輪輪廓接觸點(diǎn)B處所受正壓力的方向（即凸輪輪廓在該點(diǎn)法線N-N的方向）與從動件上點(diǎn)B的速度方向之間所夾的銳角。一、壓力角

及其許用值

NNB第二十五頁，共64頁?！?-4盤形凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定

NNB第二十六頁，共64頁。式4-8臨界壓力角

：

在工程實(shí)際中，為保證機(jī)械效率，改善受力情況，通常規(guī)定凸輪機(jī)構(gòu)的最大壓力角應(yīng)小于或等于某一許用壓力角。

即：第二十七頁，共64頁。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，推薦的許用壓力角取值為:推程：直動從動件取～；擺動從動件取～；

回程：直動和擺動從動件薦取～。第二十八頁，共64頁。二、按許用壓力角確定凸輪機(jī)構(gòu)的基本尺寸

NNB是凸輪1與從動件2的相對速度瞬心。式（4-9）式中：第二十九頁，共64頁。*

壓力角隨凸輪基圓半徑的增大而減小，當(dāng)基圓半徑一定時，壓力角隨從動件的位移

和類速度的變化而變化。

在凸輪軸心的許用區(qū)域內(nèi)選定凸輪軸心O的位置，凸輪基圓半徑和偏距就確定了。第三十頁，共64頁。

對于直動從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)，為了改善其傳力性能或減小凸輪尺寸，經(jīng)常采用偏置凸輪機(jī)構(gòu)。

偏置與推程時的相對瞬心P12位于凸輪軸心的同一側(cè)。

凸輪逆時針轉(zhuǎn)動時，從動件導(dǎo)路應(yīng)偏置于凸輪軸心的右側(cè)。

凸輪順時針轉(zhuǎn)動時，從動件導(dǎo)路應(yīng)偏于凸輪軸心的左側(cè)。偏置方位確定：第三十一頁，共64頁。三、按凸輪輪廓全部外凸條件確定凸輪基圓半徑平底從動件盤形凸輪輪廓的外凸條件：平底從動件盤形凸輪的基圓半徑：第三十二頁，共64頁。四、滾子半徑的選擇1.凸輪理論輪廓的內(nèi)凹部分工作輪廓曲率半徑、理論輪廓曲率半徑與滾子半徑三者之間的關(guān)系為：2.凸輪理論輪廓的外凸部分工作輪廓曲率半徑、理論輪廓曲率半徑與滾子半徑三者之間的關(guān)系為：第三十三頁，共64頁。不論選擇多大的滾子，都能作出工作輪廓可以作出凸輪的工作輪廓能作出凸輪工作輪廓，但出現(xiàn)了“尖點(diǎn)”。作出的工作輪廓出現(xiàn)了相交的包絡(luò)線。即出現(xiàn)“失真”現(xiàn)象。一般推薦：=3～5mm第三十四頁，共64頁?！?-5空間凸輪機(jī)構(gòu)簡介1.圓柱凸輪機(jī)構(gòu)第三十五頁，共64頁。空間圓柱分度凸輪機(jī)構(gòu)第三十六頁，共64頁。2.圓錐凸輪機(jī)構(gòu)第三十七頁，共64頁。3.弧面凸輪機(jī)構(gòu)

第三十八頁，共64頁?；∶娣侄韧馆啓C(jī)構(gòu)第三十九頁，共64頁。4.球面凸輪機(jī)構(gòu)第四十頁，共64頁。凸輪機(jī)構(gòu)例題1、設(shè)計偏心滾子從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)。已知凸輪以等角速度逆時針方向回轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速n=500r/min，推程時，從動件以正弦加速度上升，推程運(yùn)動角為1800，升程h=80mm，遠(yuǎn)休止為300，回程時，從動件以正弦加速度下降，回程運(yùn)動角為900，推程許用壓力角=300，回程許用壓力角=700，滾子半徑=10mm。第四十一頁，共64頁。解：(1)、確定偏置位置

根據(jù)凸輪的轉(zhuǎn)向確定偏心的位置，選用右圖結(jié)構(gòu)形式，以減少機(jī)構(gòu)尺寸，使偏距位于凸輪中心右側(cè)。(2)、流程圖設(shè)計

按許用壓力角求出凸輪的最小基圓半徑及相應(yīng)的偏距。確定基圓半徑后，計算從動件的運(yùn)動規(guī)律，進(jìn)而計算凸輪的理論廓線、實(shí)際廓線和刀具中心軌跡。第四十二頁，共64頁。流程圖第四十三頁，共64頁。第四十四頁，共64頁。(3)、主程序的編寫與計算進(jìn)入QBASIC軟件編寫主程序并進(jìn)行計算第四十五頁，共64頁。三、計算結(jié)果理論廓線實(shí)際廓線（內(nèi)包絡(luò)）實(shí)際廓線（外包絡(luò)）第四十六頁，共64頁。47例2圖示直動滾子盤形凸輪機(jī)構(gòu)，其凸輪實(shí)際廓線為一以C點(diǎn)為圓心的圓形，O為其回轉(zhuǎn)中心，e為其偏距，滾子中心位于B0點(diǎn)時為該凸輪的起始位置。試畫圖（應(yīng)有必要的說明）求出：1、凸輪的理論輪廓；2、凸輪的基圓；3、凸輪的偏距圓；第四十七頁，共64頁。48

4、當(dāng)滾子與凸輪實(shí)際廓線在B1

點(diǎn)接觸時，所對應(yīng)的凸輪轉(zhuǎn)角φ1；5、當(dāng)滾子中心位于B2點(diǎn)時，所對應(yīng)的凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角α2及從動件推桿的位移（以滾子中心位于B0點(diǎn)時為位移起始參考點(diǎn)）；6、凸輪的最大壓力角αmax。第四十八頁，共64頁。49例題2分析與講解1.2.第四十九頁，共64頁。503.4.例題2分析與講解第五十頁，共64頁。515.6.例題2分析與講解第五十一頁，共64頁。例3如圖所示偏置滾子直動從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)，凸輪為一偏心圓，滾子半徑為。試用作圖法在圖上畫出：（1）凸輪理論廓線和基圓；（2）凸輪由圖位置順時針轉(zhuǎn)過900時

的位移，和壓力角

；（3）從件的最大升程。第五十二頁，共64頁。第五十三頁，共64頁。例4，如圖所示為一直動從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)，已知凸輪基圓半徑為，從動件運(yùn)動規(guī)律s=。為了使所設(shè)計的凸輪機(jī)構(gòu)在推程中壓力角減小，試用公式說明從動件應(yīng)偏于凸輪軸心的哪一側(cè)。第五十四頁，共64頁。第五十五頁，共64頁。例3如圖3所示凸輪機(jī)構(gòu)中，已知從動件行程h=50mm，偏距e=10mm,，推程運(yùn)動角=90度，許用壓力角[]=30度。推程的運(yùn)動規(guī)律為余弦運(yùn)動規(guī)律。s=，試用解析法確定凸輪的最小基圓半徑。第五十六頁，共64頁。第五十七頁，共64頁。右偏置時：左偏置時：第五十八頁，共64頁。二、例題分析例

圖示直動滾子盤形凸輪機(jī)構(gòu)，其凸輪實(shí)際廓線為一以C點(diǎn)為圓心的圓形，O為其回轉(zhuǎn)中心，e為其偏距，滾子中心位于B0點(diǎn)時為該凸輪的起始位置。試畫圖（應(yīng)有必要的說明）求出：

1、凸輪的理論輪廓；2、凸輪的基圓；3、凸輪的偏距圓；第五十九頁，共64頁。二、例題分析

4、當(dāng)滾子與凸輪實(shí)際廓線在B1

點(diǎn)接觸時，所對應(yīng)的凸輪轉(zhuǎn)角φ1；5、當(dāng)滾子中心位于B2點(diǎn)時，所對應(yīng)的凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角α2及從動件推桿的位移（以滾子中心位于B0點(diǎn)時為位移起始參考點(diǎn)）；6、凸輪的最大壓力角αmax。第六十頁，共64頁。二、例題分析第六十一頁，共64頁。二、例題分析

注意：對于尖頂直動從動件的盤形凸輪機(jī)構(gòu)來說，其理論廓線與實(shí)際廓線相重合。如其具有近休止過程，則近休止所對應(yīng)的凸輪廓線應(yīng)是以凸輪回轉(zhuǎn)中心為圓心的一段圓弧，且該段圓弧在凸輪的基圓上；如其具有遠(yuǎn)休止過程，則遠(yuǎn)休止所對